Simulasi Aplikasi Kendali Multi-Model pada Plant Kolom Distilasi
Galih Aria Imandita / 0322146 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia E-mail :
[email protected]
ABSTRAK Distilasi merupakan suatu proses di industri yang banyak dioperasikan. Operasi distilasi mengkonsumsi energi yang cukup besar. Karena semakin mahalnya energi, maka perlu dilakukan efisiensi dalam proses ini. Selain diperlukannya perancangan kolom distilasi yang baik, perlu juga dilakukan strategi kendali yang optimal untuk mengurangi penggunaan energi. Dalam Tugas akhir ini digunakan metode pengendalian multiple model control untuk mengendalikan perubahan refluks akibat adanya perubahan nilai acuan. Multiple model control yang digunakan terdiri dari 6 model pengendali tetap yang mewakili kondisi plant dengan nilai acuan yang berbeda. Perancangan pengendali multiple model control terdiri dari 3 langkah utama, yaitu pemodelan kolom distilasi, perancangan pengendali tetap dengan algoritma pole placement, dan perancangan pengendali multiple model control. Respon transien yang diharapkan dari respon keluaran sistem adalah error steady state 1 % dan Maximum Overshoot 2 %. Setelah pengendali multi model diterapkan pada kolom distilasi, respon dari sistem menjadi lebih cepat tanpa mengabaikan kriteria yang telah ditentukan. Berdasarkan hasil percobaan, respon transien plant pada tiap kondisi dengan pengendali pole placement adalah error steady state rata-rata 0.22 %, Maximum Overshoot 2 % dan settling time rata-rata 4.055 menit. Untuk sistem dengan pengendali multiple model control hasil yang didapat dari 3 percobaan adalah settling time rata-rata adalah 3.19 menit. Kata kunci : distilasi, multi-model, penempatan pole
Simulation of Multiple Model Control Application of Distillation Column
Galih Aria Imandita / 0322146 Department of Electrical Engineering, Faculty of Technique Maranatha Christian University Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia E-mail :
[email protected]
ABSTRACT
Distillation is an industrial process that frequently used. Distillation operation consume a lot of energy. Efficiency are required for this process because the cost of energy are expensive, recently. Besides the design of the distillation column, the optimal control system is also important to reduce the cost of energy. In this final project, a multiple model control method is used to control changes in reflux flow that caused by the changes of set point. The multiple model control consists of 6 fixed controller model which represent different plant condition. There are 3 main steps in the multiple model control design process, namely distillation column modeling, fixed controller model using pole placement algorithm and multiple model controller design. The design is based on the requirements : 1% error steady state and 2% maximum overshoot. The distillation column, that had been controlled by multiple model, have a faster response without forgeting the criteria of the controller. Based on project result, plant transient responses with pole placement controller are 0.22% average error steady state, 2% maximum overshoot and 4.055 minutes average settling time. The result for system that controlled by multiple model controller are 3.19 minutes average settling time . Keyword : distillation, multiple model, pole placement
DAFTAR ISI
ABSTRAK .....................................................................................................
i
ABSTRACT ..................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ........………………………………………………..............................
iii
DAFTAR ISI .....……………………………………………………………...............................
v
DAFTAR GAMBAR ......…………………………………………………..............................
vii
DAFTAR TABEL .………………………………………………………....................................
viii
BAB I Pendahuluan …………………………………………………………..........................
1
I.
1. Latar Belakang ………………………………………………………........................
1
I.
2. Perumusan Masalah ………………………………………………….....................
1
I.
3. Identifikasi Masalah ………………………………………………….....................
1
I.
4. Tujuan ………………………………………………………………….........................
2
I.
5. Batasan Masalah …………………………………………………….......................
2
I.
6. Sistematika Laporan …………………………………………………...................
2
BAB II Tinjauan Umum Kolom Distilasi ……………….…………………...................
4
II. 1. Jenis‐jenis Kolom Distilasi ……………………………………………...................
4
II. 1. 1. Kolom distilasi berdasarkan proses masuknya umpan ……….
5
II. 1. 2. Kolom distilasi berdasarkan komponen penyusun umpan ……
5
II. 1. 3. Kolom distilasi berdasarkan sistem operasinya ………………
5
II. 2. Kesetimbangan Uap-Cair pada Kolom Distilasi Biner ………………..
6
II. 2. 1. Diagram Titik Didih ………………………………………….
6
II. 2. 2. Diagram Kesetimbangan Uap-Cair …………………………..
8
II. 3. Cara Kerja Kolom Distilasi …………………………………………….
9
II. 4. Persamaan Matematis Kolom Distilasi ………………………............................
12
BAB III Dasar Teori Kendali ….......................................................................
15
III. 1. Jenis Sistem Kendali ………………………………………………….............................
16
III. 1. 1. Sistem Kendali Umpan Balik dan Umpan Maju ……………..........
17
III. 2. Metoda Tempat Kedudukan Akar …………………………………….....................
18
19
III. 2. 1. Metode Root Locus …………………………………………......................
III. 3. Metode Ackerman ……………………………………………………................................
21
III. 4. Strategi Kendali Multiple Model Control …………………………….......................
23
BAB IV Perancangan Sistem Kendali pada Plant Kolom Distilasi ……...................
24
IV. 1. Pemodelan Kolom Distilasi …………………………………………................................
24
IV. 2. Perancangan Pengendali Pole Placement …………………………..
28
IV. 3. Perancangan Multiple Model Control ………………………………. 29 BAB V Simulasi dan Analisis Data ………………………………………............................... 32 V. 1. Model Plant Kolom Distilasi …………………………………………................................. 32 V. 2. Simulasi Pengendali Pole Placement …………………………………..........................
35
V. 3. Simulasi Multiple Model Control ……………………………………..............................
38
V. 3. 1. Simulasi I ……………………………………………………....................................
38
V. 3. 2. Simulasi II ……………………………………………………...................................
39
V. 3. 3. Simulasi III ………………………………………………….....................................
39
V. 3. 4. Simulasi IV …………………………………………………..................................... 40
V. 4. Analisis Hasil Simulasi ………………………………………………...................................
40
BAB VI Kesimpulan dan Saran …………………………………………................................. 43 VI. 1. Kesimpulan …………………………………………………………..................................... 43 VI. 2. Saran ………………………………………………………………........................................ Daftar Pustaka Lampiran
43
DAFTAR GAMBAR
Gambar II. 1. Diagram Titik Didih …………………………………………..
6
Gambar II. 2. Diagram Titik Didih Azeotrop Maksimum ……………………
7
Gambar II. 3. Diagram Titik Didih Azeotrop Minimum ……………………..
8
Gambar II. 4. Diagram Kesetimbangan Uap-Cair ……………………………
8
Gambar II. 5. Diagram Kestimbangan Azeotrop maksimum …………………
9
Gambar II. 6. Diagram Kesetimbangan Azeotrop mininum ………………….
9
Gambar II. 7. Kolom Distilasi ………………………………………………..........................
10
Gambar III. 1. Skema Dasar Sistem Kontrol ………………………………….................
15
Gambar III. 2. Skema Umum Proses Kimia …………………………………..................
16
Gambar III. 3. Sistem Kendali Umpan Balik ………………………………....................
17
Gambar III. 4. Sistem Kendali Umpan Maju ………………………………….................
17
Gambar III. 5. Sistem Kendali Lup Tertutup …………………………………..................
19
Gambar III. 6. Blok Diagram Ruang Keadaan Lup Terbuka ………………..............
21
Gambar III. 7. Blok Diagram Ruang Keadaan Lup Tertutup ………………...............
21
Gambar III. 8. Blok Diagram Ruang Keadaan Lup Tertutup dengan Referensi ……………………………………………………..........................
22
Gambar III. 9. Blok Diagram Multiple Model Control ……………………................
23
Gambar IV. 1. Blok Diagram Ruang Keadaan Kolom Distilasi …………….............
26
Gambar V. 1. Simulasi I Respon Sistem dengan Multiple Model Control …......
38
Gambar V. 2. Simulasi II Respon Sistem dengan Multiple Model Control ….....
39
Gambar V. 3. Simulasi III Respon Sistem dengan Multiple Model Control .......
40
Gambar V. 4. Simulasi IV Respon Sistem dengan Multiple Model Control .......
41
DAFTAR TABEL
Tabel IV. 1. Tabel Kecepatan Aliran Refluks ……………………………….. 27 Tabel IV. 2. Letak Pole Lup Tertutup ……………………………………….. 30 Tabel V. 1. Nilai Penguatan Umpan Maju …………………………………... 36 Tabel V. 2. Respon Sistem Lup Tertutup ……………………………………. 37
